(57)【要約】【課題】  パターン寸法のバラツキを抑制して、高い歩留まりでデュアルダマシン配線を形成可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に、少なくとも下層及び上層のハードマスクを形成する工程と、前記上層のハードマスク上に下層マスク及びストッパー層を順次形成する工程と、前記ストッパー層及び前記下層マスクに配線溝パターンを形成する工程と、前記ストッパー層を前記下層マスク上に残しつつ前記上層のハードマスクに配線溝パターンを転写する工程と、全面に埋込み有機膜を形成する工程と、ＣＭＰを行なって前記埋込み有機膜を前記配線溝パターン内に残置して前記ストッパー層を露出する工程と、前記ストッパー層を除去して、下層マスクを露出する工程と、前記下層マスク及び前記埋め込み有機膜上に中間層及びレジスト膜を順次形成する工程と、前記レジスト膜をパターン露光する工程とを具備することを特徴とする。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、少なくとも下層および上層のハードマスクを順次形成する工程と、
前記上層のハードマスク上に、下層マスクおよびストッパー層を順次形成する工程と、
前記ストッパー層および前記下層マスクに配線溝パターンを形成して、前記上層のハードマスクを露出する工程と、
前記ストッパー層を前記下層マスク上に残しつつ前記上層のハードマスクに配線溝パターンを転写する工程と、
前記上層のハードマスクに配線溝パターンを転写した後、前記配線溝パターン内および前記ストッパー層上に埋め込み有機膜を形成する工程と、
ＣＭＰを行なって前記ストッパー層上の前記埋め込み有機膜を除去し、前記埋め込み有機膜を前記配線溝パターン内に残置して前記ストッパー層を露出する工程と、
露出した前記ストッパー層を除去して、下層マスクを露出する工程と、
前記下層マスクおよび前記埋め込み有機膜上に中間層を形成する工程と、
前記中間層上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をパターン露光する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ストッパー層は、下記に示す条件を満たす膜厚で形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
Ｔ2＞１．５Ｔ1×Ｓ
（ここで、Ｔ2は前記ストッパー層の膜厚であり、Ｔ1は上層のハードマスクの膜厚であり、Ｓは上層のハードマスクに対するストッパー層のエッチング選択比である。）
【請求項３】
前記ストッパー層は、２００ｎｍ以下の膜厚で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ストッパー層は、ドライエッチングにより除去されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ストッパー層を除去する際、前記下層マスクおよび前記埋め込み有機膜をエッチバックすることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に多層レジストプロセスを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化に伴なって、高い解像度で微細パターンを露光するために、ＡｒＦエキシマレーザーが光源として用いられ、焦点深度の低下という問題が生じている。これに対応するため、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）技術を用いた下地の平坦化が必須とされる。この要求は、微細化が進むにしたがって、より厳しいものとなりつつある。
【０００３】
例えば、溝先作りハードマスク方式を用いてデュアルダマシン構造の配線を製造する場合には、接続孔パターン露光の際に、配線溝パターンの段差に起因してレジスト膜厚にばらつきが生じて、寸法変動が引き起こされる。この問題を解決するために、３層または２層の積層膜からなる多層レジスト法を用いて接続孔のパターニングを行なうことが提案されている。
【０００４】
しかしながら、多層レジスト法において下層レジスト膜厚を厚くすると、パターン露光の際に寸法変動の増加やスループットの増大が生じる。このため、下層レジスト膜を過剰に厚く形成できず、段差を完全に解消することが困難である。段差を解消するために、段差上にマスク層を形成しＣＭＰによりマスク層を平坦化する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
下層レジスト膜をＣＭＰにより平坦化する場合には、ＣＭＰ後のレジスト残膜制御が困難である。ＣＭＰでは面内の研磨レートに差が生じるため、研磨後の膜厚にばらつきが生じる。ＣＭＰ後に所望のレジスト膜厚を得るためには研磨量を一定にする必要があるものの、研磨時間で制御した場合には、研磨レートの経時変化によってウェハ毎にレジスト残膜のばらつきが生じてしまう（例えば、特許文献２参照）。下層レジストの膜厚ばらつきは、パターン転写の際の寸法ばらつきにつながるため、極力低減することが求められる。
【特許文献１】特開２００４−１５２９９７号公報
【特許文献２】特開２００２−２６１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、パターン寸法のバラツキを抑制して、高い歩留まりでデュアルダマシン配線を形成可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、少なくとも下層および上層のハードマスクを順次形成する工程と、
前記上層のハードマスク上に、下層マスクおよびストッパー層を順次形成する工程と、
前記ストッパー層および前記下層マスクに配線溝パターンを形成して、前記上層のハードマスクを露出する工程と、
前記ストッパー層を前記下層マスク上に残しつつ前記上層のハードマスクに配線溝パターンを転写する工程と、
前記上層のハードマスクに配線溝パターンを転写した後、前記配線溝パターン内および前記ストッパー層上に埋め込み有機膜を形成する工程と、
ＣＭＰを行なって前記ストッパー層上の前記埋め込み有機膜を除去し、前記埋め込み有機膜を前記配線溝パターン内に残置して前記ストッパー層を露出する工程と、
露出した前記ストッパー層を除去して、下層マスクを露出する工程と、
前記下層マスクおよび前記埋め込み有機膜上に中間層を形成する工程と、
前記中間層上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をパターン露光する工程と
を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、パターン寸法のバラツキを抑制して、高い歩留まりでデュアルダマシン配線を形成可能な半導体装置の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
図１乃至図１４に、実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す。  
まず、下層配線４０が絶縁膜４１に埋め込まれている半導体基板１０上に、Ｃｕの拡散を防止するためのバリア層１１、層間絶縁膜としての第１の絶縁膜１２および第２の絶縁膜１３を順次形成した。バリア層１１は、プラズマエンハンスメント化学的気相成長（ＰＥ−ＣＶＤ）法により、シリコン窒化膜を３５ｎｍの膜厚で堆積して形成した。第１の絶縁膜１２としては、ＳｉＯＣ膜を１４５ｎｍの膜厚でＰＥ−ＣＶＤ法により堆積し、第２の絶縁膜１３は、有機膜を１００ｎｍの膜厚で塗布法により成膜して形成した。
【００１０】
なお、第１の絶縁膜１２に用いるＳｉＯＣ膜の材料としては、例えば、ブラックダイアモンド（アプライドマテリアル社製）、コーラル（ノベラス社製）、およびオーロラ（エー・エス・エム社製）等が挙げられる。メチルシロキサンを塗布して、第１の絶縁膜を形成することもできる。第２の絶縁膜１３の材料としては、例えば、ＳｉＬＫ（ダウケミカル社製）、およびＦＬＡＲＥ（アライドシグナル社製）等が挙げられる。第１の絶縁膜１２の膜厚は、５０〜２００ｎｍの範囲内で変更可能であり、第２の絶縁膜１３の膜厚は、５０〜２００ｎｍの範囲内で変更可能である。
【００１１】
第２の絶縁膜１３上には、第１のハードマスク１４としてシリコン酸化膜を１５０ｎｍ、第２のハードマスク１５としてシリコン窒化膜を５０ｎｍ、第３のハードマスク１６としてシリコン酸化膜を５０ｎｍ順次形成した。第１、第２および第３のハードマスクの膜厚は、適宜決定することができ、これに限定されるものではない。例えば、下層ハードマスクとしての第１のハードマスク１４の膜厚は、１００〜２００ｎｍの範囲内で変更可能であり、中間ハードマスクとしての第２のハードマスク１５の膜厚は、５０〜１００ｎｍの範囲内で変更することができる。また、上層ハードマスクとしての第３のハードマスク１５の膜厚は、５０〜１００ｎｍの範囲内で変更することができる。第１のハードマスクはＣｕ配線形成の際にＣｕ−ＣＭＰのストッパー膜となるので、次のような条件を満たしていれば、これらハードマスクの材質は、適宜選択することができる。すなわち、第２のハードマスクは、第１のハードマスクに配線パターンを形成する際にエッチングマスクとして選択比を有すること、および、第３のハードマスクは、第２のハードマスクに配線パターンを形成する際にエッチングマスクとして選択比を有することである。
【００１２】
図示する例においては、トリプルハードマスクを適用したが、デュアルハードマスクを適用することもできる。この場合には、第３のハードマスク１６を省略する以外はトリプルハードマスクの場合と同様の工程を行なえばよい。すなわち、下層ハードマスクとしての第１のハードマスク１４と上層ハードマスクとしての第２のハードマスク１５とを、上述したような手法により形成する。この後は、第２のハードマスク１５を上層ハードマスクとして利用して、以下のトリプルハードマスクを適用する場合と同様の加工が行なわれる。
【００１３】
第３のハードマスク１６上には、下層マスク２５およびストッパー層２６を順次形成し、図１に示すようにレジストパターン２７を設けた。  
下層マスク２５としては、例えば、ノボラック樹脂やポリアリーレン、多環芳香族化合物などの有機膜を塗布形成して用いることができる。また、プラズマＣＶＤ法により形成されるカーボン膜を下層マスク２５としてもよい。下層マスク２５の膜厚は、後の工程で接続孔パターンを第２のハードマスク１５および第１のハードマスク１４に転写する際のマスクとして機能するのに十分であることが要求される。例えば、第１のハードマスク１４および第２のハードマスク１５の膜厚合計が１００〜３００ｎｍの場合には、下層マスク２５の膜厚は１００ｎｍ以上であることが望まれる。下層マスク２５の膜厚が厚すぎる場合には、第２の絶縁膜１３に接続孔を形成した後、この下層マスク２５が残留してしまう。残留した下層マスクは、オーバーエッチング等により除去しなければならない。そのため、第２の絶縁膜１３の加工で消費される膜厚に加えて、第１のハードマスク１４および第２のハードマスク１５を加工する際に消費される膜厚の合計が、下層マスク２５の膜厚の上限となる。したがって、下層マスク２５の膜厚は１００〜３００ｎｍが望ましい。
【００１４】
ここでは、ＩＸ３７０Ｇ（ＪＳＲ社製）をスピンコート法により塗布し、１８０℃で６０秒のプリベークを行なった。さらに、３００℃で６０秒のポストベークを行なって、膜厚２００ｎｍの下層マスク２５を形成した。
【００１５】
下層マスク２５上のストッパー層２６は、例えばスピンオングラス（ＳＯＧ）により形成することができる。このストッパー層２６は、後の工程で第３のハードマスク１６をエッチングした後に所定の膜厚で残存することが求められる。そのためには、第３のハードマスク１６の膜厚、および第３のハードマスク１６とのエッチング選択比を考慮して、ストッパー層２６の膜厚を設定する。エッチングにおいては、膜厚ばらつきやエッチングレートのばらつきを考慮して、通常、加工すべき膜厚に対して３０乃至５０％相当のオーバーエッチングが行なわれる。第３のハードマスク１６の膜厚を（Ｔ1）とすると、５０％のオーバーエッチングを想定した場合、（１．５Ｔ1）相当膜厚のエッチングが必要とされる。さらに、第３のハードマスク１６に対するストッパー層２６のエッチング選択比をＳとすると、ストッパー層２６のエッチングされる膜厚は（１．５Ｔ1×Ｓ）となる。
【００１６】
すなわち、第３のハードマスク１６のエッチング後にストッパー層２６が残存しているためには、このストッパー層２６の膜厚（Ｔ2）は、Ｔ2＞（１．５Ｔ1×Ｓ）という条件を満たすことが求められる。第３のハードマスク１６のエッチング後に残存するストッパー層２６の膜厚が５０ｎｍを越えて厚い場合には、後の工程で有機膜を埋め込み、ＣＭＰで平坦化する際のストッパーとして用いた後、ストッパー膜を除去する際に残膜厚分に相当する段差が生じるといった不都合が生じるおそれがある。これを避けるために、ストッパー層２６の膜厚（Ｔ2）は、最大でも２００ｎｍ程度に留めることが望ましい。
【００１７】
ここでは、レジスト塗布法によりＳＯＧを形成し、３００℃６０秒のベークを行なって、膜厚１１０ｎｍのストッパー層２６を形成した。シリコン酸化膜からなる第３のハードマスク１６とＳＯＧからなるストッパー層２６との選択比は、ほぼ１である。ストッパー層２６のＳＯＧ膜厚が１１０ｎｍであるので、第３のハードマスク１６のシリコン酸化膜を５０ｎｍエッチングした後には、ストッパー層２６（ＳＯＧ膜）は、３５ｎｍ程度の膜厚で下層マスク２５上に残ることになる。
【００１８】
ストッパー層２６の上には、フォトレジストとしてＡｒＦエキシマレーザー用の化学増幅型レジスト（ＪＳＲ社製ＡｒＦシリーズ）を塗布して、膜厚１５０ｎｍのレジスト膜を形成した。このレジスト膜に、リソグラフィー技術により図１に示すように配線溝パターン１７ａを設けて、レジストパターン２７を形成した。配線溝パターン１７ａの幅は、９０ｎｍおよび３μｍの２種類とした。
【００１９】
レジストパターン２７をマスクとしてストッパー層２６をエッチングし、ストッパー層２６に配線溝パターン１７ａを転写した。ここでは、マグネトロンＲＩＥ装置を用いて、ＣＨＦ3／Ｏ2＝６０／１０ｓｃｃｍ，５０ｍＴｏｒｒ，５００Ｗの条件でエッチングを行なった。なお、以降の工程においても、エッチングにはマグネトロンＲＩＥ装置を用いる。さらに、Ｎ2／Ｏ2＝９０／１０ｓｃｃｍ，３０ｍＴｏｒｒ，４００Ｗの条件でエッチングを行なって、図２に示すように下層マスク２５に配線溝パターン１７ａを転写し、配線溝パターン１７ａの底部に第３のハードマスク１６を露出した。ストッパー層２６上に設けられたレジストパターン２７は、下層マスク２５と同様に有機材料からなり、選択比が１程度である。このため、レジストパターン２７は、下層マスク２５のエッチング中に除去され、パターン化された下層マスク２５とパターン化されたストッパー層２６とからなる多層マスク３１が得られる。
【００２０】
この多層マスク３１を用いて、図３に示すように配線溝パターン１７ａを第３のハードマスク１６に転写し、配線溝パターン１７ａの底部に第２のハードマスク１５を露出する。ここでは、２０℃、Ｃ4Ｆ8／Ｏ2／Ａｒ＝１６／２０／２００ｓｃｃｍ，４０ｍＴｏｒｒ，１５００Ｗの条件でエッチングを行なった。すでに説明したように、ストッパー層２６は十分な膜厚で形成されているので、第３のハードマスク１６をエッチングした後には、３５ｎｍ程度の膜厚で下層マスク２５上に残存する。
【００２１】
次に、図４に示すように配線溝パターン１７ａ内を含む全面に、埋め込み有機膜２８を形成した。埋め込み有機膜２８の材料としては、埋め込み性の優れた塗布系材料が望ましい。本実施形態においては、ノボラック樹脂を主成分とするレジスト、ＩＸ３７０Ｇ（ＪＳＲ社製）を用いて埋め込み有機膜２８を形成した。埋め込み有機膜２８は、ポリアリーレンを主成分とする有機化合物等により形成してもよい。埋め込み有機膜２８は、配線溝パターン１７ａからなる凹部を完全に埋めることが求められる。埋め込み有機膜２８の膜厚は、ストッパー層２６の残膜厚と下層マスク２５の膜厚と第３のハードマスク１６の膜厚との合計を越えていればよく、ここでは３００ｎｍとした。
【００２２】
埋め込み有機膜２８をＣＭＰして、図５に示すようにストッパー層２６を露出した。ＣＭＰには荏原製作所製ＥＰＯ−２２２を用い、研磨粒子としてアルミナを１ｗｔ％濃度で純水に分散させたスラリーを供給しながら研磨を行なった。ストッパー層２６が露出したところで研磨を終了すると、配線溝パターン１７ａ内に埋め込み有機膜２８が埋め込まれて表面が平坦化される。このとき、ストッパー層２６をある程度をオーバーポリッシングして、ストッパー２６層上の埋め込み有機膜２８を完全に除去することが好ましい。ストッパー層２６はＳＯＧからなるため、そのポリッシングレートは、埋め込み有機膜２８を構成しているレジストよりも遅い。したがって、残膜は研磨時間によってある程度制御することができる。ここでは、２０ｎｍのオーバーポリッシュを行なった。その結果、図５に示されるようにストッパー層２６の膜厚は減少し、１５ｎｍ程度となった。
【００２３】
続いて、残留したストッパー層２６をエッチングにより除去して、図６に示すように下層マスク２５を露出した。下層マスク２５および埋め込み有機膜２８といった有機膜に対して選択比の高いエッチング条件を用いることによって、これらの有機膜を実質的にエッチングすることなく、ストッパー層２６を除去することができる。具体的には、希釈ＨＦ水溶液によるウェットエッチングを行なって、水洗洗浄した後、スピン乾燥させるといった方法が挙げられる。あるいは、ドライエッチング技術を用いることによって、下層マスク２５等の有機膜を実質的にエッチングせずにストッパー層２６をエッチング除去することもできる。例えば、Ｃ4Ｆ8／ＣＯ／Ａｒ＝１６／１５０／２００ｓｃｃｍ，４０ｍＴｏｒｒ，５００Ｗの条件でエッチングを行なうことによって、これを達成することができる。ストッパー層２６のシリコン酸化膜と有機膜であるレジストとのエッチング選択比は４０以上あることから、下層マスク２５等の有機膜はほとんどエッチングせずにストッパー層２６を除去することができる。
【００２４】
ストッパー層２６をエッチング除去した後には、配線溝パターン１７ａ内に埋め込まれた埋め込み有機膜２８とストッパー層２６の下方の下層マスク２５とが残り、埋め込み有機膜２８と下層マスク２５との境界には、ストッパー層２６の残膜厚分に相当する１５ｎｍ程度の段差が生じることになる。２０ｎｍ程度以下であれば、段差が生じていても実質的に影響はないが、段差は小さいことが望まれる。
【００２５】
上述の条件でストッパー層２６のドライエッチングを行なう際、微量のＯ2を添加してエッチング選択比を１０以下に低減した場合には、下層マスク２５は若干エッチングされるものの、埋め込み有機膜２８と下層マスク２５との境界に生じる段差を低減することができる。例えば、エッチング選択比を５とした場合には、残留している１５ｎｍのストッパー層２６をエッチングする間に、配線溝パターン１７ａ内の埋め込み有機膜２８が、３ｎｍエッチングされる。ストッパー層２６がエッチング除去された後は下層マスク２５が露出し、この下層マスク２５は埋め込み有機膜２８との選択比はほぼ１であることから、ほぼ均一にエッチバックされる。１００％のオーバーエッチングを行なった場合でも、埋め込み有機膜２８のオーバーエッチング量は３ｎｍであり、影響を与えない範囲である。こうした手法を採用した場合には、埋め込み有機膜２８と下層マスク２５との境界の段差は１２ｎｍに低減され、平坦性をさらに高めることができる。
【００２６】
下層マスク２５および埋め込み有機膜２８の上には、図７に示すように４５ｎｍの膜厚のシリコン酸化膜を設けて中間層２９を形成した。さらに、フォトレジストとしてＡｒＦエキシマレーザー用の化学増幅型レジスト（ＪＳＲ社製ＡｒＦシリーズ）を塗布して、２００ｎｍの膜厚でレジスト膜を形成した。このレジスト膜には、ＡｒＦエキシマレーザーを光源として用いてリソグラフィー技術により９０ｎｍφの接続孔パターン２４ａを設けてレジストパターン３０を形成した。このとき、幅３μｍの配線溝パターンと幅９０ｎｍの配線溝パターンとの間における焦点深度の損失は、１０ｎｍ以下であった。１０ｎｍ以下であれば、焦点深度の損失は実質的に影響を及ぼさず、レジストパターン寸法のばらつきは存在しないものとみなすことがきる。
【００２７】
続いて、ＣＨＦ3／Ｏ2＝６０／１０ｓｃｃｍ，５０ｍＴｏｒｒ，５００Ｗの条件でエッチングを行なって中間層２９に接続孔パターン２４ａを転写し、さらに、Ｎ2／Ｏ2＝９０／１０ｓｃｃｍ，３０ｍＴｏｒｒ，４００Ｗの条件の条件でエッチングを行なって、埋め込み有機膜２８に接続孔パターン２４ａを転写した。これによって、図８に示すように第２のハードマスク１５が接続孔パターン２４ａの底部に露出し、中間層２９上のレジストパターン３０が除去された。レジストパターン３０は、埋め込み有機膜２８と同様の有機材料からなり選択比が１程度であることから、埋め込み有機膜２８のエッチング中に除去される。
【００２８】
その後、Ｃ4Ｆ8／Ｏ2／Ａｒ＝１６／２０／２００ｓｃｃｍ，４０ｍＴｏｒｒ，１５００Ｗの条件でエッチングを行なって、図９に示すように第２のハードマスク１５および第１のハードマスク１４に接続孔パターン２４ａを転写した。このエッチングでは、中間層２９と第２のハードマスク１５および第１のハードマスク１４とのエッチング選択比が１程度となる条件を用いて、中間層２９も同時に除去した。オーバーエッチングを行なうことによって下層マスク２５および埋め込み有機膜２８はエッチバックされ、下層マスク２５の膜厚は１５０ｎｍ程度に低減する。
【００２９】
さらに、ＮＨ3＝２００ｓｃｃｍ，１０ｍＴｏｒｒ，５００Ｗ，０℃の条件でエッチングを行なって、図１０に示すように第２の絶縁膜１３を加工し、接続孔パターン２４ａを転写した。第２の絶縁膜１３と同様に有機材料からなる下層マスク２５および埋め込み有機膜２８は、このエッチング中に除去される。
【００３０】
下層マスク２５および埋め込み有機膜２８といった有機膜が残った場合には、有機膜の除去に通常用いられるレジスト剥離技術であるＯ2プラズマアッシングにより処理することができない。同じく有機膜である第２の絶縁膜１３が接続孔パターン２４ａの側面に露出しており、Ｏラジカルによりエッチングされてしまうからである。下層マスク２５および埋め込み有機膜２８といった有機膜の膜厚が第２の絶縁膜１３よりも著しく厚い場合には、第２の絶縁膜１３のエッチングが終了した後も、こうした有機膜が除去されるまでオーバーエッチングすることが求められる。この場合の第２の絶縁膜１３におけるダメージは、前述のプラズマアッシングの場合ほどではないものの、エッチング時間が長くなるにしたがって接続孔パターン２４ａの径が広がってしまう。その結果、後の配線形成の際の埋め込み特性が劣化するといった問題が生じる。したがって、この工程を行なうまでに、下層マスク２５および埋め込み有機膜２８の膜厚は、第２の絶縁膜１３の膜厚の１．５倍以下程度の薄さまで低減されていることが望ましい。
【００３１】
続いて、ＣＨ2Ｆ2／Ａｒ／Ｏ2＝４５／５００／３０ｓｃｃｍ、３０ｍＴｏｒｒ、４００Ｗ、２０℃の条件でエッチングを行なって、図１１に示すように第２のハードマスク１５に配線溝パターン１７ａを転写して、配線溝パターン１７ａの底部に第１のハードマスク１４を露出した。第２のハードマスク１５はシリコン窒化膜からなり、この上の第３のハードマスク１６はシリコン酸化膜からなる。シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との選択比が３程度であることから、第２のハードマスク１５を完全にエッチングするにはオーバーエッチングが必要とされる。その結果、第３のハードマスク１６の膜厚は３０ｎｍ程度に減少する。
【００３２】
次に、Ｃ4Ｆ8／Ｏ2／Ａｒ＝１６／２０／２００ｓｃｃｍ，４０ｍＴｏｒｒ，１５００Ｗの条件でエッチングを行なって、図１２に示すように第１のハードマスク１４に配線溝１７を転写して、配線溝１７の底部に第２の絶縁膜１３を露出した。これによって、図示するように第１の絶縁膜１２に接続孔２４が形成され、第２のハードマスク１５上の第３のハードマスク１６はエッチング除去される。
【００３３】
さらに、ＣＨ2Ｆ2／Ａｒ／Ｏ2＝４５／５００／３０ｓｃｃｍ、３０ｍＴｏｒｒ、４００Ｗ、２０℃の条件で第１のハードマスク１４をマスクとしてエッチングを行なって、図１３に示すように接続孔２４の底部のバリア層１１を除去した。このエッチングにより、第１のハードマスク１４上の第２のハードマスク１５は同時に除去される。最後に、ＮＨ3＝２００ｓｃｃｍ，１０ｍＴｏｒｒ，５００Ｗ，０℃の条件でエッチングを行なって、図１４に示すように第２の絶縁膜１３に配線溝１７を形成する。
【００３４】
以上の工程によって、接続孔２４を有する配線溝構造が形成される。本実施形態にかかる方法によれば、段差を有する配線溝パターン上に解像度を落とすことなく、微細なレジストパターンを形成することができる。その結果、配線溝パターンにおける段差の影響を解消して、高い焦点深度で接続孔パターンを形成することが可能となった。
【００３５】
その後、接続孔２４および配線溝１７といった凹部の内面にバリア層を形成して、凹部内にＣｕを埋め込んだ後、第１のハードマスク１４としての酸化シリコン膜上の余分なＣｕ膜およびバリア層をＣＭＰにより除去する。こうして凹部内にＣｕダマシン配線を形成して、デュアルダマシン配線を形成することができる。
【００３６】
本実施形態においては、配線溝パターンの上に埋め込み有機膜を形成し、この埋め込み有機膜をＣＭＰにより平坦化している。したがって、接続孔のパターン露光時における焦点深度の損失を１０ｎｍ以下に抑制することができ、パターンの寸法バラツキ、さらには歩留まりが格段に向上した。
【００３７】
比較のために、従来の手法によりデュアルダマシン配線の形成を試みた。  
図１５は、比較例の半導体装置の製造方法の工程を表わす断面図であり、埋め込み有機膜２８が設けられていない以外は、図７と同様の構成である。図１５に示されるレジストパターン３０形成のためのパターン露光の際、幅３μｍの配線溝パターンと幅９０ｎｍの配線溝パターンとの間における焦点深度の損失は、４０ｎｍにも及んでいた。これは、下層マスク２５表面の段差に起因するものである。埋め込み有機膜２８が存在しないので、下層マスク２５の表面には、第３のハードマスク１６の膜厚程度の段差が生じる。焦点深度の損失が４０ｎｍを越えると、レジストパターン寸法にも著しくばらつきが生じた。
【００３８】
従来の手法では、配線溝パターン１７ａの開口部上に接続孔パターン２４ａをリソグラフィー技術により形成する際に、多層レジストプロセスを用いた下層マスクの形成による段差の平坦化には限界がある。このため、配線溝パターン１７ａの段差を十分に解消することができず、焦点深度の低下が免れない。その結果、パターン寸法にバラツキが生じ、高い歩留まりでデュアルダマシン配線を形成することができない。こうした問題は、本発明の実施形態にかかる方法によって、回避することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を表わす工程断面図。
【図２】図１に続く工程を表わす断面図。
【図３】図２に続く工程を表わす断面図。
【図４】図３に続く工程を表わす断面図。
【図５】図４に続く工程を表わす断面図。
【図６】図５に続く工程を表わす断面図。
【図７】図６に続く工程を表わす断面図。
【図８】図７に続く工程を表わす断面図。
【図９】図８に続く工程を表わす断面図。
【図１０】図９に続く工程を表わす断面図。
【図１１】図１０に続く工程を表わす断面図。
【図１２】図１１に続く工程を表わす断面図。
【図１３】図１２に続く工程を表わす断面図。
【図１４】図１３に続く工程を表わす断面図。
【図１５】比較例の半導体装置の製造方法の工程を表わす断面図。
【符号の説明】
【００４０】
１０…半導体基板；  １１…バリア層；  １２…第１の絶縁膜；  １３…第２の絶縁膜
１４…第１のハードマスク；  １５…第２のハードマスク
１６…第３のハードマスク；  １７ａ…配線溝パターン；  １７…配線溝
２４ａ…接続孔パターン；  ２４…接続孔；  ２５…下層マスク
２６…ストッパー層；  ２７…レジストパターン；  ２８…埋め込み有機膜
２９…中間層；  ３０…レジストパターン；  ３１…多層マスク；  ４０…下層配線
４１…絶縁膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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